Активированный уголь: свойства и применение¶
Активированный уголь — это пористая форма углерода с чрезвычайно развитой внутренней поверхностью, которая применяется преимущественно как адсорбент: вещество, поглощающее газы, пары и растворённые примеси из жидкостей и газовых сред. Относится к классу неорганических адсорбентов и фармакологических средств группы антидотов. Характеризуется высокой удельной поверхностью (от 500 до 2000 м²/г), химической инертностью в большинстве сред и низкой стоимостью сырья.
¶Физико-химические свойства
Активированный уголь получают из органических материалов — древесины, кокосовой скорлупы, каменного угля, нефтепродуктов, костяного угля, торфа. Сырьё подвергают карбонизации (обезвоживанию и озолению) с последующей активацией — термической или химической. При этом в структуре образуется развитая система микропор (диаметром менее 2 нм), мезопор (2–50 нм) и макропор (более 50 нм). Именно микропоры обеспечивают основную адсорбционную ёмкость.
Адсорбция на активированном угле носит преимущественно физический характер: молекулы удерживаются силами межмолекулярного взаимодействия (силами Ван-дер-Ваальса) на поверхности пор. Уголь эффективно связывает широкий спектр веществ: органические пигменты, алкалоиды, гликозиды, барбитураты, соли тяжёлых металлов, хлорорганические соединения, фенолы, пестициды, а также газы — аммиак, сероводород, оксиды азота, хлор.
¶Медицинское применение
В медицине активированный уголь применяется как универсальный антидот при острых отравлениях. Механизм действия основан на связывании токсичных веществ в желудочно-кишечном тракте и уменьшении их всасывания в кровь. Препарат назначают при:
- пищевых отравлениях и интоксикациях лекарственными средствами;
- отравлениях алкалоидами (морфин, стрихнин, никотин), гликозидами, солями тяжёлых металлов;
- аллергических реакциях и кожных заболеваниях;
- метеоризме, вздутии живота, диарее;
- хронической почечной недостаточности (для уремического синдрома) — в составе комплексной терапии.
Стандартная разовая доза для взрослого — 20–50 г в виде суспензии; при отравлениях — 1 г на килограмм массы тела. Действие начинается в течение 15–30 минут после приёма. Противопоказания: язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, кровотечения из желудочно-кишечного тракта, индивидуальная непереносимость. Следует учитывать, что уголь адсорбирует и полезные вещества, поэтому курс лечения обычно ограничен.
¶Промышленное применение
В промышленности активированный уголь используется в нескольких направлениях:
| Отрасль | Применение |
|---|---|
| Водоподготовка | Очистка питьевой и сточной воды от органики, хлора, пестицидов, запахов |
| Газоочистка | Удаление сероводорода, ртути, летучих органических соединений из газовых потоков |
| Пищевая промышленность | Обесцвечивание сахарных сиропов, спиртов, масел, соков |
| Металлургия | Очистка золотосодержащих растворов, извлечение благородных металлов |
| Фармацевтика | Деколоризация и очистка лекарственных препаратов |
| Атомная промышленность | Удержание радиоактивных изотопов, в частности йода-131 и цезия-137 |
Наиболее массовый объём производства приходится на водоподготовку. В России крупнейшие производители активированного угля — «Карбон-Технологии» (Тверь), «Экотех-М» (Москва), «Каменск-Уральский завод активированных углей».
¶Виды и формы выпуска
По методу активации различают:
- термически активированный — получается прокаливанием сырья в инертной атмосфере при 800–1000 °C с последующим окислением водяным паром;
- химически активированный — активация соляной кислотой, щёлочью, хлоридом цинка или фосфорной кислотой.
По форме выпуска в медицине выпускают таблетки (0,5 г), гранулы, порошок и капсулы. В промышленности применяют зернистый, пылевидный, коксовый и волокнистый уголь.
¶Ограничения и побочные эффекты
При приёме внутрь активированный уголь может вызывать запоры, чёрный стул (что является нормой и связано с выведением адсорбента), тошноту и рвоту. При длительном применении возможно нарушение всасывания витаминов, минералов и других лекарственных средств, поэтому интервал между приёмом угля и других препаратов должен составлять не менее 2 часов. Уголь не адсорбирует сильные кислоты, щёлочи, спирты и железо.
¶Интересные факты
Активированный уголь входит в состав противогазных фильтров, включая советские и российские противогазы ГП-5 и ГП-7. В космических программах СССР и России угольные фильтры использовались в системах жизнеобеспечения орбитальных станций «Салют» и «Мир» для очистки воздуха от вредных примесей.
Источники:
- Государственная фармакопея СССР / Государственная фармакопея РФ. — М.: Минздрав России.
- Фармакологические основы терапии: учебник / под ред. В. В. Ковалёва. — М.: ГЭОТАР-Медиа.
- Адсорбция: учебное пособие / под ред. В. А. Легкого. — М.: МГУ.
- Технология активированных углей / А. А. Аверьянов. — М.: Химия.